Mikroorganizmai (mikrobai) yra vienaląsčiai organizmai, kurių dydis mažesnis nei 0,1 mm ir kurių negalima pamatyti plika akimi. Tai bakterijos, mikrodumbliai, kai kurie žemesni siūliniai grybai, mielės ir pirmuonys (1 pav.). Mikrobiologija juos tiria.
Ryžiai. 1. Mikrobiologijos objektai.
Fig. 2. Galite pamatyti keletą vienaląsčių pirmuonių atstovų. Kartais į šio mokslo objektus patenka patys primityviausi Žemės organizmai – virusai, kurie neturi ląstelinės struktūros ir yra nukleorūgščių (genetinės medžiagos) ir baltymų kompleksai. Dažniau jie išskiriami į visiškai atskirą studijų sritį (Virologija), nes mikrobiologija veikiau yra skirta mikroskopinių vienaląsčių organizmų tyrimams.
Algologijos ir mikologijos mokslai, tiriantys atitinkamai dumblius ir grybus, yra atskiros disciplinos, kurios sutampa su mikrobiologija tiriant mikroskopinius gyvus objektus. Bakteriologija yra tikra mikrobiologijos šaka. Šis mokslas nagrinėja tik prokariotinius mikroorganizmus (3 pav.).
Ryžiai. 3. Prokariotinės ląstelės schema.
Skirtingai nuo eukariotų, kuriems priklauso visi daugialąsčiai organizmai, taip pat pirmuonys, mikroskopiniai dumbliai ir grybai, prokariotai neturi susiformavusio branduolio, kuriame būtų genetinės medžiagos ir tikrų organelių (nuolatinių specializuotų ląstelės struktūrų)..
Prokariotams priskiriamos tikrosios bakterijos ir archėjos, kurios pagal šiuolaikinę klasifikaciją yra įvardijamos kaip domenai (superkaralystes) Archaea ir Eubacteria (4 pav.).
Ryžiai. 4. Šiuolaikinės biologinės klasifikacijos sritys.
Bakterijų struktūros ypatumai
Bakterijos yra svarbi medžiagų ciklo grandis gamtoje, jos skaido augalų ir gyvūnų liekanas, valo organinėmis medžiagomis užterštus vandens telkinius, modifikuoja neorganinius junginius. Be jų gyvybė žemėje negalėtų egzistuoti. Šie mikroorganizmai paplitę visur – dirvožemyje, vandenyje, ore, gyvūnų ir augalų organizmuose.
Bakterijos skiriasi šiomis morfologinėmis savybėmis:
Ląstelės forma (apvali, strypo formos, siūlinė, vingiuota, spiralinė, taip pat įvairios pereinamosios galimybės ir žvaigždės formos konfigūracija).
Judėjimo įtaisų buvimas (nejudantis, suragėjęs, dėl gleivių sekrecijos).
Ląstelių sujungimas tarpusavyje (izoliuotas, susietas porų, granulių, išsišakojusių formų pavidalu).
Tarp apvalių bakterijų (kokų) suformuotų struktūrų yra ląstelių, kurios po pasidalijimo yra poromis, o vėliau skyla į pavienius darinius (mikrokokai) arba visą laiką lieka kartu (diplokokai). Kvadratinę keturių ląstelių struktūrą sudaro tetrakokai, grandinę – streptokokai, 8-64 vienetų granulę – sarkina, o sankaupas – stafilokokai.
Strypo formos bakterijos yra įvairių formų dėl didelio ląstelės ilgio (0,1–15 µm) ir storio (0,1–2 µm) kintamumo. Pastarųjų forma priklauso ir nuo bakterijų gebėjimo formuoti sporas – struktūras su storu apvalkalu, leidžiančiu mikroorganizmams išgyventi nepalankiomis sąlygomis. Ląstelės, turinčios šį gebėjimą, vadinamos bacilomis, o neturinčios tokių savybių – tiesiog lazdelės formos bakterijomis.
Specialios lazdelės formos bakterijų modifikacijos yra siūlinės (pailgos) formos, grandinės ir šakojančios struktūros. Pastarąjį tam tikrame vystymosi etape formuoja aktinomicetai. „Išlenktos“ lazdelės vadinamos gofruotomis bakterijomis, tarp kurių išskiriami vibrionai; spirilla su dviem vingiais (15-20 µm); spirochetos, primenančios banguotas linijas. Jų ląstelių ilgis yra atitinkamai 1-3, 15-20 ir 20-30 µm. Fig. 5 ir 6 paveiksluose parodytos pagrindinės bakterijų morfologinės formos, taip pat sporų išsidėstymo ląstelėje tipai.
Ryžiai. 5. Pagrindinės bakterijų formos.
Ryžiai. 6. Bakterijos pagal sporų išsidėstymo ląstelėje tipą. 1, 4 – centre; 2, 3, 5 – pabaigos vieta; 6 – iš šono.
Pagrindinės bakterijų ląstelių struktūros: nukleoidas (genetinė medžiaga), ribosomos, skirtos baltymų sintezei, citoplazminė membrana (ląstelės membranos dalis), kurią daugeliui atstovų iš viršaus papildomai saugo ląstelės sienelė, kapsulė ir gleivinės apvalkalas (1 pav.). 7).
Ryžiai. 7. Bakterinės ląstelės schema.
Pagal bakterijų klasifikaciją yra daugiau nei 20 rūšių. Pavyzdžiui, itin termofilinės (aukštos temperatūros mėgėjos) Aquificae, anaerobinės lazdelės formos bakterijos Bacteroidetes. Tačiau labiausiai dominuojantis būrys, kuriame yra įvairių atstovų, yra aktinobakterijos. Tai apima bifidobakterijas, laktobacilas ir aktinomicetus. Pastarųjų išskirtinumas slypi gebėjime formuoti grybieną tam tikrame vystymosi etape.
Bendrinėje kalboje tai vadinama grybiena. Iš tiesų, išsišakojusios aktinomicetų ląstelės primena grybelių hifus. Nepaisant šios savybės, aktinomicetai priskiriami bakterijoms, nes jie yra prokariotai. Natūralu, kad jų ląstelės savo struktūra mažiau panašios į grybus.
Aktinomicetai (8 pav.) yra lėtai augančios bakterijos, todėl neturi galimybės konkuruoti dėl lengvai prieinamų substratų. Jie gali suskaidyti medžiagas, kurių kiti mikroorganizmai negali naudoti kaip anglies šaltinio, ypač naftos angliavandenilius. Todėl aktinomicetai intensyviai tiriami biotechnologijų srityje.
Kai kurie atstovai koncentruojasi naftos telkinių srityse ir sukuria specialų bakterinį filtrą, kuris neleidžia angliavandeniliams prasiskverbti į atmosferą. Aktinomicetai yra aktyvūs praktiškai vertingų junginių: vitaminų, riebalų rūgščių, antibiotikų gamintojai.
Mikrobiologijos objektas yra tik apatiniai pelėsiniai grybai (ypač šakniastiebiai, gleivinės). Kaip ir visi grybai, jie nesugeba patys susintetinti medžiagų ir reikalauja maistinės terpės.Žemųjų šios karalystės atstovų grybiena yra primityvi, nedalyta pertvaromis. Ypatingą nišą mikrobiologiniuose tyrimuose užima mielės (9 pav.), kurioms būdingas grybienos nebuvimas.
Ryžiai. 9. Mielių kultūrų kolonijų formos maistinėje terpėje.
Šiuo metu sukaupta daug žinių apie jų naudingas savybes. Tačiau mielės ir toliau tiriamos dėl jų gebėjimo sintetinti praktiškai vertingus organinius junginius ir yra aktyviai naudojamos kaip pavyzdiniai organizmai genetiniuose eksperimentuose. Nuo seniausių laikų mielės buvo naudojamos fermentacijos procesuose. Skirtingų atstovų metabolizmas skiriasi. Todėl kai kurios mielės tam tikram procesui tinka labiau nei kitos.
Pavyzdžiui, stipriems vynams (iki 24 proc.) sukurti naudojamas Saccharomyces beticus, kuris yra atsparesnis didelei alkoholio koncentracijai. Tuo tarpu mielės S. cerevisiae gali gaminti mažesnes etanolio koncentracijas. Pagal taikymo sritis mielės skirstomos į pašarus, keptuves, aludarius, spiritinius gėrimus ir vynus.
Liga sukeliančių ar patogeninių mikroorganizmų randama visur. Greta gerai žinomų virusų: gripo, hepatito, tymų, ŽIV ir kt., pavojingi mikroorganizmai yra riketsijos, taip pat streptokokai ir stafilokokai, sukeliantys kraujo apsinuodijimą. Tarp lazdelės formos bakterijų yra daug patogenų. Pavyzdžiui, difterija, tuberkuliozė, vidurių šiltinė, juodligė (10 pav.). Tarp pirmuonių aptinkama daug žmonėms pavojingų mikroorganizmų atstovų, ypač maliarinės plazmodijos, toksoplazmos, leišmanijos, lamblijos, trichomonos ir patogeninės amebos.
Daugelis aktinomicetų nėra pavojingi žmonėms ir gyvūnams. Tačiau tarp mikobakterijų, sukeliančių tuberkuliozę ir raupsus, randama daug patogeninių atstovų. Kai kurie aktinomicetai sukelia ligą, tokią kaip aktinomikozė, kurią lydi granulomų susidarymas ir kartais kūno temperatūros padidėjimas. Tam tikros pelėsių grybų rūšys gali gaminti žmogui toksiškas medžiagas – mikotoksinus. Pavyzdžiui, kai kurie Aspergillus genties atstovai, Fusarium. Patogeniniai grybai sukelia ligų grupę, vadinamą mikozėmis. Taigi, kandidozę arba, paprasčiau tariant, pienligę sukelia į mieles panašūs grybai (11 pav.). Žmogaus organizme jų yra visada, tačiau suaktyvėja tik nusilpus imuninei sistemai.
Ryžiai. 11. Candida grybelis yra pienligės sukėlėjas.
Grybai gali sukelti įvairius odos pažeidimus, ypač visų rūšių kerpes, išskyrus herpes zoster, kurią sukelia virusas. Malassezia mielės, nuolatinės žmogaus odos gyventojai, gali sukelti seborėjinį dermatitą, kai sumažėja imuninės sistemos veikla. Neskubėkite iš karto plauti rankų. Sveikos mielės ir oportunistinės bakterijos atlieka svarbią funkciją, neleidžia vystytis patogeniniams mikroorganizmams.
Virusai yra patys primityviausi organizmai žemėje. Laisvoje būsenoje jose nevyksta medžiagų apykaitos procesai. Tik patekę į šeimininko ląstelę virusai pradeda daugintis. Visuose gyvuose organizmuose genetinės medžiagos nešėja yra dezoksiribonukleino rūgštis (DNR).Tik tarp virusų yra atstovų, turinčių genetinę seką, tokią kaip ribonukleino rūgštis (RNR).
Virusai dažnai nepriskiriami tikrai gyviems organizmams.
Be parazitų, kurių specializacija yra gyvūnai ir žmonės, tarp jų yra fitopatogeninių atstovų, tai yra, jie pažeidžia tik augalų ląsteles; Bakteriofagai yra „bakterijų valgytojai“. Yra žinoma, kad virusai gali išsivystyti net negyvose ląstelėse, kuriose išliko gana nepažeista struktūra, o genetinė medžiaga žuvo. Anksčiau per epidemijas buvo deginami ir nuo bakterinių, ir nuo virusinių ligų mirusiųjų kūnai.
Virusų morfologija labai įvairi (12 pav.). Paprastai jų diametras svyruoja nuo 20 iki 300 nm.
Ryžiai. 12. Viruso dalelių įvairovė.
Kai kurie atstovai pasiekia 1-1,5 mikrono ilgį. Viruso struktūra susideda iš genetinės medžiagos apsupimo specialiu baltyminiu karkasu (kapsidu), kuriam būdingos įvairios formos (spiralinis, ikosaedrinis, sferinis). Kai kurių virusų viršuje taip pat yra apvalkalas, suformuotas iš ląstelės šeimininkės membranos (superkapsidės). Pavyzdžiui, žmogaus imunodeficito virusas (13 pav.) žinomas kaip ligos, vadinamos AIDS, sukėlėjas. Jame yra RNR kaip genetinės medžiagos ir ji veikia tam tikro tipo imuninės sistemos ląsteles (pagalbininkus T-limfocitus).
Ryžiai. 13. Žmogaus imunodeficito viruso sandara.
Šių parazitų dauginimosi ciklas prasideda nuo prisitvirtinimo prie ląstelės stadijos. Taikinyje yra specialūs molekuliniai galai (receptoriai), pagal kuriuos virusai jį atpažįsta. Tada prasiskverbia į parazito genetinę medžiagą, dažnai su kai kuriais kitais jo struktūros komponentais.Viruso dauginimasis vyksta dėl genų padvigubėjimo (replikacijos) ir vėlesnio reikalingų baltymų susidarymo. Po to virusai iš ląstelės išsiskiria kopijomis ir vėl suformuoja savo struktūrą.
Gali atrodyti, kad tarp virusų ir bakterijų yra didelis atotrūkis. Tačiau paaiškėjo, kad gamtoje yra pereinamųjų formų, vadinamų riketsija. Pagal šiuolaikinę klasifikaciją šie mikroorganizmai priklauso proteobakterijų (proteobakterijų) klasei. Riketsijos savo dydžiu prilygsta dideliems virusams ir yra viduląsteliniai parazitai. Kaip ir virusai, riketsijos gali daugintis tik šeimininko ląstelėse. Šių bakterijų ląstelės yra nejudrios. Riketsijos dažniausiai būna lazdelės formos, tačiau randama ir kokų bei siūlų.
Ligos, sukeliančios riketsiją žmonėms, dažnai būna labai sunkios. Atsiranda karščiavimo simptomai, kartu su centrinės nervų ir širdies ir kraujagyslių sistemos pažeidimais. Paprastai riketsijos perduodamos žmonėms per erkių, blusų ar utėlių įkandimą. Vektorių ląstelėse parazitai yra ramybės (neaktyvioje) formoje ir aktyvuojami tik patekę į šeimininką. Riketija gali užsikrėsti ir per šiltakraujus gyvūnus (žiurkes, peles, šunis), kuriems jos nedaro jokios žalos.
